申请/专利权人：成都电科光研科技有限公司

申请日：2018-02-09

公开（公告）日：2024-03-26

公开（公告）号：CN108320420B

主分类号：G08B13/12

分类号：G08B13/12;G08B29/18

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.26#授权;2018.08.17#实质审查的生效;2018.07.24#公开

摘要：本发明公开了一种双参量OTDR周界安全监测系统，属于周界安全检测领域；包括监控终端，所述监控终端将同步产生的调制信号分别输入P‑OTDR系统和φ‑OTDR系统，所述P‑OTDR系统和φ‑OTDR系统将采集的信号返回至监控终端进行时间和空间两个维度的数据分析并输出报警结果，并采用同步调制信号，保证应用到P‑OTDR系统的探测光缆A和φ‑OTDR系统的探测光缆B时在监测周界入侵行为时，在时间和空间上能够完全一一对应，使后期信号处理时两光缆采集信号位于相同的位置，实现相互确认，精确定位，定位精度为±10m，且误报率低。

主权项：1.一种双参量OTDR周界安全监测系统，其特征在于：包括监控终端1，所述监控终端1将同步产生的调制信号分别输入P-OTDR系统和φ-OTDR系统，所述P-OTDR系统和φ-OTDR系统将采集的信号返回至监控终端1进行时间和空间两个维度的数据分析并输出报警结果；所述P-OTDR系统的输出端分别连接干涉单元和光电探测器，所述干涉单元连接所述光电探测器，所述光电探测器连接所述监控终端1；所述φ-OTDR系统的输出端连接所述干涉单元；所述P-OTDR系统包括脉冲激光器、环形器A、探测光缆A2和偏振分束器，所述监控终端1产生的调制信号输入至所述脉冲激光器使所述脉冲激光器产生调制后的激光，所述脉冲激光器将调制后的激光输入环形器A，所述环形器A的输出口A连接探测光缆A2，所述探测光缆A2将采集的信号经所述环形器A的输出口B返回至所述偏振分束器，所述偏振分束器将信号分为两路分别输入所述干涉单元和光电探测器；所述φ-OTDR系统包括窄线宽激光器、声光调制器、掺铒光纤放大器A、环形器B和掺铒光纤放大器B，所述监控终端1将产生的调制信号输入至所述声光调制器，所述声光调制器对所述窄线宽激光器产生的激光进行调制，所述声光调制器将调制后的激光经掺铒光纤放大器A输入至环形器B，所述环形器B输出口A连接探测光缆B3，所述探测光缆B3将采集的信号经环形器B的输出口B返回至掺铒光纤放大器B，所述掺铒光纤放大器B连接所述干涉单元。

全文数据：一种双参量OTDR周界安全监测系统技术领域[0001]本发明涉及铁路周界安全检测领域，具体涉及一种双参量0TDR周界安全监测系统。背景技术[0002]随着高速铁路的快速发展，铁路反恐防暴需求日益明显，铁路周边的安全也面临着重要考验，针对铁路线路长、跨度大、周边环境复杂等因素，探索适应铁路特殊应用场景的周界监控技术是亟需解决的问题。[0003]目前周界防护主要采用的技术有:脉冲电子围栏、红外对射、微波墙、热成像视频分析、振动光缆等方式，然而脉冲电子围栏、红外对射、微波墙、热成像视频分析等技术设备是有源的，易受到电磁干扰，在环境恶劣、供电不便的区间这些前端探测器也是无法使用的，而且这些技术都不能够进行长距离监测。铁路现有基于光纤传感技术设备多是基于光纤光栅或是sagnic原理，光纤光栅型设备监控距离较短，不易进行长距离监测，sagnic原理型设备定位精度差，施工方式复杂繁琐。[0004]专利号为201510537189.2的专利“一种形变式光纤围栏系统及其探测入侵活动的方法”公开了包括一个P-0TDR模块和一根传感光缆的围栏系统，该系统对单纯的外界振动不敏感，而对光缆的形变比较敏感，这也在一定程度上限制了其对入侵事件的探测能力范围，而且该系统只能通过设定强度阈值的大小进行报警信息的输出，不能对入侵事件进行模式识别进而达到对干扰信号排除的目的。偏振敏感光时域反射仪P-0TDR是由英国人A.J.Rogers于1998年提出来的，P-0IDR系统结构与巾-OTDR系统非常相似，其区别在于环形器3端口与探测器之间多了一个偏振控制器，其功能是调制后向瑞利散射光的偏振态，仅让单一偏振态方向上的瑞利散射光通过。[0005]专利号为201710003630.8的专利“一种基于相位敏感光时域反射计的铁轨异物入侵监测方法”公开了利用相位敏感型光时域反射仪O-0TDR技术采集铁轨沿线原始散射光信号，并利用原始散射光信号进行铁轨异物入侵监测，周界入侵应用中，单纯采用小-0TDR技术系统由于其具有较高的灵敏度对风雨、小动物、车辆经过及一些背景振动源产生的振动信号都能够进行较好的检测，然而正因如此，后期数据处理时尽管使用了模式识别方法仍很难完全排除小动物、未知振源等引起的振动干扰，从而导致系统的误报率较高，此外巾-OTDR系统存在的干涉信号衰落现象经常引起系统的漏检测问题，严重制约了其实用性。相位敏感型的光时域反射仪（-0TDR技术由H.F.Taylor在1"3年提出，迄今已有20余年的发展历史了，该技术已日趋成熟，它能够在长距离范围内同时探测光纤线路上多个点的振动情况，通过信号分析处理对入侵振动事件进行模式识别，其监控距离约为60km，空间分辨率约为±20m。[0006]以上采用单一的相位敏感型光时域反射仪（4-0TDR技术和偏振敏感光时域反射仪P-0TDR技术，防护范围小或误报率高。发明内容[0007]本发明的目的在于：提供一种双参量OTDR周界安全监测系统，解决了目前铁路周界采用单一防护方式误报率高的技术问题。[0008]本发明采用的技术方案如下：[0009]—种双参量0TDR周界安全监测系统，包括监控终端，所述监控终端将同f产生的调制信号分别输入P-0TDR系统和-0TDR系统，所述P-0TDR系统和-XTDR系统将采集的信号返回至监控终端进行时间和空间两个维度的数据分析并输出报警结果。[00則进一步的，所述P-0TDR系统的输出端分别连接干涉单元和光电探测器，所述干涉单元连接所述光电探测器，所述光电探测器连接所述监控终端;所述巾-OTDR系统的输出端连接所述干涉单元。[0011]进一步的，所述P-OTDR系统包括脉冲激光器、环形器A、探测光缆A和偏振分束器，所述监控终端产生的调制信号输入至所述脉冲激光器使所述脉冲激光器产生调制后的激光，所述脉冲激光器将调制后的激光输入环形器A，所述环形器A的输出口A连接探测光缆A，所述探测光缆A将采集的信号经所述环形器A的输出口B返回至所述偏振分束器，所述偏振分束器将信号分为两路分别输入所述干涉单元和光电探测器。[0012]进一步的，所述巾-OTDR系统包括窄线宽激光器、声光调制器、掺铒光纤放大器A、环形器B和掺铒光纤放大器B，所述监控终端将产生的调制信号输入至所述声光调制器，所述声光调制器对所述窄线宽激光器产生的激光进行调制，所述声光调制器将调制后的激光经激光经掺铒光纤放大器A输入至环形器B，所述环形器B输出口A连接探测光缆B，所述探测光缆B将采集的信号经环形器B的输出口B返回至掺铒光纤放大器B，所述掺铒光纤放大器B连接所述干涉单元。[0013]进一步的，所述探测光缆A铺设于周界上部的刺笼结构上。[0014]进一步的，所述探测光缆B铺设于周界下部的围栏结构上。[0015]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：[0016]1•该系统将双参量进行综合监测，并采用同步调制信号，保证应用到P-0TDR系统的探测光缆A和巾-0TDR系统的探测光缆B时在物理位置上能够一一对应，使后期信号处理时两光缆采集信号位于相同的位置，实现精确定位，定位精度为±10m。[0017]2.P-0TDR系统采集的一路信号与巾-OTDR系统采集的信号通过干涉单元发生干涉，提高干涉信号敏感度，同时有效抑制巾-0TDR系统干涉信号衰落现象，使—0TDR系统在振动信号很弱的情况下也能进行精确的定位、检测，提高了信号检测率。[0018]3•采用本系统可以在信号处理时通过空间和时间两个维度综合分析光缆同位置处P-0TDR系统和巾_〇TDR系统的报警参数进而进行入侵时间报警信息输出，弥补了单一技术系统误报率高的缺陷，提高了系统报警的准确率。[0019]4•探测光缆A铺设于刺笼结构上，探测光缆B铺设于围栏结构上，不仅保证系统良好的传感效果，形成立体式防护，扩大了系统的防护范围。[0020]5.本系统能够针对不同的行为做出判断，同时针对干扰场景（如风雨天气、过火车、重载车等），将两个系统进行结合能够对干扰进行有效的屏蔽。^[0021]6•本系统不仅可以用于高铁周界安全的检测，同样能够用于军事基地、基站、边境线等相似周界形成的防护领域，应用范围广。附图说明[0022]本发明将通过实施例并参照附图的方式说明，其中：[0023]图1是本发明的整体架构图；[0024]图2是本发明在铺设时的示意图；[0025]图3是本发明光缆的位置示意图；[0026]图4是本发明中双参量报警比对确认流程图；[0027]图5是同一位置处双参量报警信号响应特征图，（a为-0TDR系统响应特征图，⑹为P-OTDR系统响应特征图；[0028]附图标记：卜监控终端，2-探测光缆A，3-探测光缆B，4-刺笼，5-围栏，6-双参量OTDR主机，7-引导光缆，8-扎带。具体实施方式[0029]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和或步骤以外，均可以以任何方式组合。[0030]下面结合附图对本发明作详细说明。[0031]—种双参量OTDR周界安全监测系统，包括监控终端1，所述监控终端1将产生的调制信号分别输入P-OTDR系统和-OTDR系统包括窄线宽激光器、声光调制器、掺铒光纤放大器A、环形器B和掺铒光纤放大器B，所述监控终端1将产生的调制信号输入至所述声光调制器，所述声光调制器对所述窄线宽激光器产生的激光进行调制，所述声光调制器将调制后的激光经激光经掺铒光纤放大器A输入至环形器B，所述环形器B输出口A连接探测光缆B3,所述探测光缆B3将采集的信号经环形器B的输出口B返回至掺铒光纤放大器B，所述掺铒光纤放大器B连接所述干涉单元。[0035]所述探测光缆A2铺设于周界上部的刺笼4结构上。[0036]所述探测光缆B3铺设于周界的围栏5结构上。[0037]具体实施例1[0038]一种双参量0TDR周界安全监测系统，包括监控终端1，所述监控终端1将产^的同步调制信号分别输入P-0TDR系统和巾-OTOR系统，所述P-0TDR系统和4-0TDR系统将采集的信号返回至监控终端1进行数据处理得到检测结果；由于P-OTDR系统和4-OTDR系统的技术成熟，因此监控终端1进行处理的方法相同，为现有技术，将两个系统进行集成后判断周界的安全，定位更加准确，比单一的系统更加可靠;监控终端1用于参数调制信号、进行信号处理并进行结果的显示。[0039]具体实施例2[0040]优选的，采用干涉单元和光电探测器将P-0TDR系统和4-0TDR系统进行有效的综合，具体为将所述P-0TDR系统的输出端分别连接千涉单元和光电探测器，所述千涉单元连接所述光电探测器，所述光电探测器连接所述监控终端1;所述4-0TDR系统的输出端连接所述干涉单元;P-0TDR系统采集的一路信号与4-0TDR系统采集的信号在干涉单元发生干涉，提高了干涉信号敏感度，同时有效抑制了4-0TDR系统干涉信号衰落现象，在采集信号很弱的情况下也能进行精确的采集定位；同时，即使增强了d-0TDR系统信号的敏感度，数据的处理方式相同；干涉单元和光电探测器均为现有技术，其中干涉单元采用光学仪器进行干涉。[0041]具体实施例3[0042]优选的，所述P-0TDR系统包括脉冲激光器、环形器A、探测光缆A2和偏振分束器，所述监控终端1产生的调制信号输入至所述脉冲激光器使所述脉冲激光器产生调制后的激光，所述脉冲激光器将调制后的激光输入环形器A，所述环形器A的输出口A连接探测光缆A2，所述探测光缆A2将采集的信号经所述环形器A的输出口B返回至所述偏振分束器，所述偏振分束器将信号分为两路分别输入所述干涉单元和光电探测器；[0043]所述-0IDR系统包括窄线宽激光器、声光调制器、掺铒光纤放大器A、环形器B、探测光缆B3和掺铒光纤放大器B，所述监控终端1将产生的调制信号通过声光驱动器输入至所述声光调制器，所述声光调制器对所述窄线宽激光器产生的激光进行调制，所述声光调制器将调制后的激光经激光经掺铒光纤放大器A输入至环形器B，所述环形器B输出口A连接探测光缆B3,所述探测光缆B3将采集的信号经环形器B的输出口B返回至掺铒光纤放大器B，所述掺铒光纤放大器B连接所述干涉单元如图1所示）。[0044]具体实施例4[0045]所述干涉单元、光电探测器、脉冲激光器、环形器A、偏振分束器、窄线宽激光器、声光调制器、掺铒光纤放大器A、环形器B、摻铒光纤放大器B共同构成双参量0TDR主机6，便于管理;双参量0TDR主机6中的光电探测器、脉冲激光器以及声光驱动器连接监控终端，双参量0TDR主机6中环形器A和环形器B通过引导光缆7分别连接探测光缆A2和探测光缆B3如图2所示）。[0046]具体实施例5[0047]基于一种双参量0TDR周界安全监测系统，本发明进一步公开种铁路沿线光缆的铺设方法，具体为：[0048]P-0TDR系统对应的探测光缆A2铺设于刺笼4靠近铁路侧下方13位置处如图3所示），每间隔35-50cm绑扎一次尽量拉直，避免处于完全自由的状态；巾-OTDR系统对应的探测光缆B3铺设于周界的围栏5靠近铁路侧中上部位置，利用扎带8进行绑扎，每间隔35-50cm绑扎一次，探测光缆B3尽量与水泥柱壁或铁栅栏壁接触，确保振动充分传递;绑扎光缆时不能有较大弯曲，弯曲的半径大于15cm;探测光缆A2的布设方式还可采用S型布线、U型布线等;採测尤缆n」米用埋地布线等方式。[0049]由于光缆间隔1-1•5公里出会有熔接点，每个熔接点处留有一段盘缆盘缆长度约为10-30m，盘缆需要充分固定牢固，除了熔接点处外不允许存在盘缆或光缆打圈的情况。[0050]监控终端1安^在铁路沿线通信机房内，监控终端1能够进行实时响应入侵报警，并支持与视频、声音驱离系统联动，与其他监测手段进行系统集成形成多方位防护。[0051]该系统现场监控距尚大于20km，空间分辨率小于±1〇m。[0052]具体实施例6[0053]基于一种双参量OTDR周界安全监测系统，本发明的综合判断方法如图4所示为：[0054]根据监控终端对}-0TDR系统和P-0TDR系统的特征响应图（如图5所示），进行以下判断：[0055]1攀爬翻越围栏5行为：[0056]当攀爬水泥护栏或铁栅栏时，振动探测光缆B3捕捉到攀爬位置处的振动信息，进行预报警，当继续攀爬触碰到刺笼4时，振动探测光缆A2检测到刺笼4晃动信息，产生预报警，进而从空间与时间两个维度对两个预报警信息进行处理，并输出最终的报警信息两系统预警时间间隔小于2分钟）。[0057]2翻越刺笼4行为[0058]当只翻越刺笼4时，刺笼4的晃动会引起探测光缆B3与探测光缆A2同时检测到振动信号，综合同一位置处两路信号的预警信息输出报警信息两系统预警时间间隔小于2分钟）。_[0059]3破坏水泥护栏或铁栅栏行为[0060]当只攀爬水泥护或栏铁栅栏，探测光缆B3将会检测到振动信号，通过信号分析处理与模式识别技术，排除攀爬、过车、风雨等其他干扰振动信号对破坏行为进行报警输出。

权利要求：1.一种双参量OTDR周界安全监测系统，其特征在于:包括监控终端（1，所述监控终端⑴将同步产生的调制信号分别输入P-0TDR系统和4-0TDR系统，所述P-0TDR系统和中-0TDR系统将采集的信号返回至监控终端⑴进行时间和空间两个维度的数据分析并输出报警结果。2.—种双参量0TDR周界安全监测系统，其特征在于:所述p-OTDR系统的输出端分别连接干涉单元和光电探测器，所述干涉单元连接所述光电探测器，所述光电探测器连接所述监控终端1;所述巾-0TDR系统的输出端连接所述干涉单元。3.根据权利要求2所述的一种双参量0TDR周界安全监测系统，其特征在于:所述P-0TDR系统包括脉冲激光器、环形器A、探测光缆A⑵和偏振分束器，所述监控终端（1产生的调制信号输入至所述脉冲激光器使所述脉冲激光器产生调制后的激光，所述脉冲激光器将调制后的激光输入环形器A，所述环形器A的输出口A连接探测光缆A2，所述探测光缆A2将采集的信号经所述环形器A的输出口B返回至所述偏振分束器，所述偏振分束器将信号分为两路分别输入所述干涉单元和光电探测器。4.根据权利要求2所述的一种双参量0TDR周界安全监测系统，其特征在于：所述¢-0TDR系统包括窄线宽激光器、声光调制器、掺铒光纤放大器A、环形器B和掺铒光纤放大器B，所述监控终端（1将产生的调制信号输入至所述声光调制器，所述声光调制器对所述窄线宽激光器产生的激光进行调制，所述声光调制器将调制后的激光经激光经掺铒光纤放大器A输入至环形器B，所述环形器B输出口A连接探测光缆B3，所述探测光缆B3将采集的信号经环形器B的输出口B返回至掺铒光纤放大器B，所述掺铒光纤放大器B连接所述干涉单J\-i05.根据权利要求3所述的一种双参量OTDR周界安全监测系统，其特征在于:所述探测光缆A⑵铺设于周界上部的刺笼⑷结构上。6.根据权利要求4所述的一种双参量OTDR周界安全监测系统，其特征在于:所述探测光缆B3铺设于周界下部的围栏⑸结构上。

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